Paper (mulai beroperasi
I.2. Dasar Teori 1. Pulp
I.2.2. Kelapa Sawit
Bab I Pendahuluan
Program Studi D3 Teknik Kimia FTI ITS Pabrik Pulp dari Tandan Kosong
Kelapa Sawit (TKKS) dengan Proses Acetocell
I.2. Dasar Teori I.2.1. Pulp
Kertas merupakan bahan yang tipis dan rata, yang dihasilkan dengan kompresi serat yang berasal dari pulp. Serat yang digunakan biasanya adalah alami, dan mengandung selulosa dan hemiselulosa.
Tabel I.7 Analisa Kimia Beberapa Bahan Baku Pulp Parameter
Non-Kayu Kayu
Jarum (Pinus Merkussi) TKKS Ampas Tebu Rami Jerami
SiO2 (%) 0,70 3,01 7,87 21,26 - Abu (%) 4,08 3,82 7,97 23,75 0,47 Lignin (%) 18,80 22,09 23,45 12,94 27,90 Holoselulosa 67,88 - 65,85 - - Α-Selulosa - 37,66 41,90 37,66 45,59 Sari (%) 23,40 1,81 2,51 1,81 5,00 Pentosan (%) 27,97 12,29 19,79 11,94 Kelarutan dalam : Air Dingin (%) Air Panas (%) 1% NaOH (%) - 8,56 29,72 0,96 3,32 37,07 7,39 7,55 35,85 8,68 12,82 34,66 1,25 3,08 13,93 (Junaedi, 2011).
I.2.2. Kelapa Sawit
Tanaman kelapa sawit diklasifikasikan sebagai berikut: Divisi : Spermatophyta Subdivisi : Angiospermae Kelas : Monocotyledonae Ordo : Palmales Famili : Palmaceae Genus : Elaeis
Spesies : Elaeis guineensis
Elaeis odora (tidak ditanam di Indonesia) Elaeis melanococca (Elaeis oleivera)
I-13
Bab I Pendahuluan
Pabrik Pulp dari Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) dengan Proses Acetocell
Program Studi D3 Teknik Kimia FTI ITS
Varietas : Elaeis gueneensis dura Elaeis gueneensis tenera Elaeis gueneensis pisifera (Sastrosayono, 2003).
Gambar I.1 Pohon Kelapa Sawit
Kegunaan produk sawit untuk makanan dapat dijumpai sesudah CPO (Crude Palm Oil) diproses di pabrik pengolahan (refinery) CPO menjadi aneka produk seperti minyak goreng, margarin, pengganti lemak kakao (cacaobuttersubsititute), minyak salad. Demikian juga untuk kesehatan, produk sawit dapat menghasilkan sabun, dan beragam produk turunan lemak sawit menjadi fattyalkohol, dan lain-lain. Kegunaan produk perkebunan kelapa sawit untuk bahan baku energi dapat diperoleh dengan memanfaatkan semua produk yang tidak digunakan untuk makanan dan kesehatan. Berdasarkan data dari Departemen Pertanian RI (2014), maka dapat diperoleh bahan baku energi seperti pelepah, tempurung (cangkang sawit), sabut, batang pohon, tandan kosong, dan limbah cairnya (Nur, 2014).
I-14
Bab I Pendahuluan
Program Studi D3 Teknik Kimia FTI ITS Pabrik Pulp dari Tandan Kosong
Kelapa Sawit (TKKS) dengan Proses Acetocell
Grafik I.1 Presentase Produk Limbah Sawit terhadap Tandan Buah Segar (Basis Kering)
(Data Departemen Pertanian RI, 2014). I.2.3. Tandan Kosong Kelapa Sawit
Gambar I.2 Tandan Kosong Kelapa Sawit
Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) diperoleh setelah tandan buah segar (TBS) dimasak pada tabung bertekanan untuk mendapatkan minyak dalam sebuah proses yang disebut sterilisasi. TKKS ini umumnya dibuang dekat pabrik pengolah sawit dan dibiarkan terurai secara alami atau digunakan sebagai bahan pembakaran boiler atau dibakar langsung menjadi abu dan
I-15
Bab I Pendahuluan
Pabrik Pulp dari Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) dengan Proses Acetocell
Program Studi D3 Teknik Kimia FTI ITS
digunakan sebagai sumber pupuk Kaltim.Untuk setiap ton TBS diperoleh 230 kg TKKS.
I.2.4. Selulosa
Selulosa merupakan struktur dasar sel-sel tanaman, oleh karena itu merupakan bahan alam yang paling penting dibuat oleh organisme hidup. Selulosa terdapat pada semua rumput-laut, flagelata dan bakteria. Didalam kayu, selulosa tidak hanya disertai dengan poliosa dan lignin, tetapi juga terikat erat dengannya, dan pemisahannya memerlukan perlakuan kimia yang intensif. Selulosa merupakan bahan dasar dari banyak produk teknologi (kertas, film, serat, aditif dan sebagainya) dan karena dari banyak produk dari kayu dengan proses pembuatan pulp dalam skala besar. Dengan menggunakan berbagai bahan kimia dalam pembutantan pulp, pada keadaan asam, netral atau alkali, dan tekanan diperoleh pulp dengan sifat-sifat yang berbeda. Untuk tujuan pulp harus dimurnikan dengan proses tambahan pengelantangan. Selulosa dapat larut dalam asam pekat. Proses pelarutan selulosa dimulai dengan degradasi struktur serat dan fibril dan akan menhasilkan disintegrasi yang sempurna menjadi molekul-molekul individual dengan panjang rantai yang tidak berubah. Degradasi struktur supramolekul terjadi dengan pembengkakan yang kuat dalam ketebalannya pada saat pelarutan serat selulosa dalam kompleks logam, sedangkan dalam pelarut tak berair yang mengandung amina dan pelarut organik polar, proses pelarutan berlangsung perlahan-lahan dimuali pada permukaan serat (D. Fengel dan G. Wegener,1995).
Selulosa merupakan konstituen utama kayu. kira–kira 40-45% bahan kering dalam kebanyakan spesies kayu adalah selulosa, terutama terdapat dalam dinding sel sekunder. Sifat penting pada selulosa yang perlu dipertimbangkan untuk pembuatan kertas yaitu :
I-16
Bab I Pendahuluan
Program Studi D3 Teknik Kimia FTI ITS Pabrik Pulp dari Tandan Kosong
Kelapa Sawit (TKKS) dengan Proses Acetocell
1. Gugus aktif alkohol (dapat mengalami oksidasi)
2. Derajat polimerisasi (serat menjadi panjang). Makin panjang serat, kertas makin kuat dan tahan terhadap degradasi (panas, kimia dan biologi).
Gambar I.3 Struktur Selulosa (Sixta, 2006).
Selulosa dapat dibedakan menjadi:
a. α selulosa
Selulosa untuk jenis ini tidak dapat larut dalam larutan NaOH dengan kadar 17,5% pada suhu 200 ◦C dan merupakan bentuk sesungguhnya yang telah dikenal sebagai selulosa.
b. β selulosa
Jenis dari selulosa ini mudah larut dalam larutan NaOH yang mempunyai kadar 17,5% pada suhu 200 ◦C dan akan mengendap bila larutan tersebut berubah menjadi larutan yang memiliki suasana asam.
c. γ selulosa
Untuk selulosa jenis ini mudah larut dalam larutan NaOH yang mempunyai kadar 17,5% pada suhu 200 ◦C dan tidak akan terbentuk endapan setelah larutan tersebut dinetralkan. Alpha selulosa sangat menentukan sifat tahanan kertas, semakin banyak kadar alpha selulosanya menunjukkan semakin tahan lama kertas tersebut dan memiliki sifat hidrofilik yang lebih besar pada gamma dan beta selulosa daripada alpha selulosanya (Solechudin dan Wibisono, 2002).
Sifat-sifat selulosa :
Sifat-sifat selulosa terdiri dari sifat fisika dan sifat kimia. Selulosa dengan rantai panjang mempunyai sifat fisik yang lebih kuat, lebih tahan lama terhadap degradasi yang disebabkan oleh pengaruh panas, bahan kimia maupun pengaruh biologis. Sifat
I-17
Bab I Pendahuluan
Pabrik Pulp dari Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) dengan Proses Acetocell
Program Studi D3 Teknik Kimia FTI ITS
fisika dari selulosa yang penting adalah panjang, lebar dan tebal molekulnya. Sifat fisik lain dari selulosa adalah:
1. Dapat terdegradasi oleh hidrolisa, oksidasi, fotokimia maupun secara mekanis sehingga berat molekulnya menurun.
2. Tidak larut dalam air maupun pelarut organik, tetapi sebagian larut dalam larutan alkali.
3. Dalam keadaan kering, selulosa bersifat higroskopis, keras dan rapuh. Bila selulosa cukup banyak mengandung air maka akan bersifat lunak. Jadi fungsi air disini adalah sebagai pelunak. 4. Selulosa dalam kristal mempunyai kekuatan lebih baik jika
dibandingkan dengan bentuk amorfnya.
Proses pembuatan pulp adalah contoh perlakuan fisik dan kimia yang mempunyai tujuan untuk memisahkan selulosa dari kandungan impuritisnya. Pemisahan dilakukan pada kondisi yang optimum untuk mencegah terjadinya degradasi terhadap selulosa. Kesulitan yang dihadapi dalam proses pemisahan ini disebabkan oleh:
• Berat molekul tinggi.
• Kesamaan sifat antara komponen impuritis dengan selulosa itu sendiri.
• Kristalinitas yang tinggi.
• Ikatan fisika dan kimia yang kuat (D. Fengel dan G. Wegener,1995).
I.2.5. Hemiselulosa
Disamping selulosa dalam kayu maupun dalam jaringan tanaman yang lain tedapat sejumlah polisakarida yang disebut dengan poliosa atau hemiselulosa. Poliosa (hemiselulosa) berbeda dengna selulosa karena komposisi berbagai unit gula, karena rantai molekul yang lebih pendek, dan karena percabangan rantai molekul. Unit gula (gula anhidro) yang membentuk poliosa dapat dibagi menjadi kelompok seperti pentosa, heksosa, asam heksronat, dan deoksi-heksos. Rantai utama poliosa dapat terdiri hanya atas satu (homopolimer), misal xilan, atau terdiri atas dua unit atau lebih (heteropolimer), misal glukomannan. Klasifikasi
I-18
Bab I Pendahuluan
Program Studi D3 Teknik Kimia FTI ITS Pabrik Pulp dari Tandan Kosong
Kelapa Sawit (TKKS) dengan Proses Acetocell
klasik hemiselulosa adalah menjadi heksosa, pentosan dan poliuronida. Bagan klasifikasi yang didasarkan pada sifat-sifat yang dikaitkan dengna pemisahan dari selulosa diusulkan oleh Stewart (1954). Poliosa yang dapat diekstraksi dari holoselulosa disebut glikosan non-selulosa, sesanya disebut glikosan selulosa, dan dibagi menjadi selulosa dan glikosan selulosa, dan dibagi menjadi selulosa dan glikosan selulosa non-glukosa. Klasifikasi menurut komponen utama masing-masing poliosa telah terbukti berguna selama bertahun-taun. Dalam sistem ini poliosa diklasifikasikan sebagai xilan, manan, glaktan, dan sebagainya (D. Fengel dan G. Wegener, 1995)
Hemiselulosa sangat dekat asosiasinya dengan selulosa dalam dinding sel. Lima gula netral yaitu D-xilosa, D-mannosa, D-glukosa, D-galaktosa dan L-arabinosa merupakan konstituen utama penyusun hemiselulosa mengandung senyawa tambahan asam uronat.Secara struktural, hemiselulosa mempunyai sifat reaksi yang sama dengan selulosa tapi hemiselulosa terdiri dari komponen-komponen polisakarida yang bukan selulosa. Hemiselulosa akan mengalami reaksi oksidasi dan degradasi terlebih dahulu daripada selulosa, karena rantai molekul hemiselulosa lebih pendek dan bercabang.
Hemiselulosa tidak larut dalam air tapi larut dalam larutan alkali encer dan lebih mudah dihidrolisa oleh asam daripada selulosa.Sifat hemiselulosa yang hidrofilik banyak mempengaruhi sifat fisik pulp dan kertas. Hemiselulosa berfungsi sebagai perekat dan dapat mempercepat terjadinya fibrasi (pembentukan serat). Sifat inilah yang memperkuat kekuatan fisik lembaran pulp kertas dan menurunkan waktu serta daya operasi penggilingan (beating) (D. Fengel dan G. Wegener, 1995).
Hilangnya hemiselulosa akan mengakibatkan adanya lubang diantara fibril dan berkurangnya ikatan antar serat, namun kadar hemiselulosanya yang terlalu tinggi akan menyebabkan kertas tembus cahaya, kaku dan rapuh (Solechudin dan Wibisono, 2002).
I-19
Bab I Pendahuluan
Pabrik Pulp dari Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) dengan Proses Acetocell
Program Studi D3 Teknik Kimia FTI ITS
I.2.6. Lignin
Lignin merupakan komponen kimia dan morfologi yang karakteristik dari jaringan tumbuhan tinggi seperti pteridofia dan spermatofita (gimnosperm dan angiosperm), dimana ia terdapat jaringan vaskuler yang khusus untuk pengangkutan cairan dan kekuatan mekanik . Jumlah lignin yang tedapat pada tumbuhna berbeda-beda sangat bervariasi. Meskipun spesies kayu kandungan lignin berkisar antara 20-40 %. Angiosperm akuatik dan herba maupun banyak monokotil (misal spesies ekor kuda) kurang mengandung lignin. Disamping itu, distribusi lignin didalam dinding sel dan kandungan lignin bagian pohon yang berbeda tidak sama, Sebagai contoh kandungan lignin yang tinggi adalah khas untuk bagian batang yang paling rendah, paling tinggi dan paling dalam, untuk cabang kayu lunka, kulit dan kayu tekan (D. Fengel dan G. Wegener, 1995).
Lignin adalah bagian dari tumbuhan yang terdapat dalam lamelar tengah dan dinding sel berfungsi sebagai perekat antar sel, sehingga lignin tidak dikehendaki dalam proses pembuatan
pulp. Lignin adalah polimer kompleks dan bersifat amorf karena
sifat amorfnya maka lignin sulit diketahui secara pasti sifat fisik dan bentuk molekulnya.
Reaksi yang dapat terjadi dengan lignin adalah reaksi netralisasi, oksidasi, reduksi, halogenasi, hidrolisa, dan sulfonasi. Reaksi sulfonasi, oksidasi dan halogenasi sangat berpengaruh terhadap sifat kimia pulp dan kertas. Lignin sangat peka terhadap oksidasi dan dapat terurai menjadi asam-asam aromatik seperti benzoat. Pada kondisi tertentu lignin dapat teroksidasi menjadi asam format, asetat, oksalat dan suksinat. Pada pembuatan pulp dengan proses soda akan dihasilkan lignin terlarut, sedangkan pada proses sulfat, sulfur masuk ke dalam molekul lignin dan membentuk tio-lignin terlarut. Bila lignin berdifusi dengan larutan alkali, maka akan terjadi pelepasan gugus metoksil yang membuat lignin lebih mudah larut dalam alkali.
Reaksi dengan senyawa-senyawa tertentu banyak dimanfaatkan dalam proses-proses pembuatan pulp dimana lignin
I-20
Bab I Pendahuluan
Program Studi D3 Teknik Kimia FTI ITS Pabrik Pulp dari Tandan Kosong
Kelapa Sawit (TKKS) dengan Proses Acetocell
yang terbentuk dapat dipisahkan, sedangkan reaksi oksidasi terhadap lignin banyak dipergunakan dalam proses pemutihan. Lignin dapat mengurangi daya pengembangan serat serta ikatan antar serat
(D. Fengel dan G. Wegener,1995).
Pulp dan kertas akan mempunyai sifat fisik atau kekuatan
yang baik jika mengandung sedikit lignin karena lignin bersifat menolak air (hidrophobic) dan kaku sehingga menyulitkan dalam proses penggilingan. Lignin juga mempunyai gugus pembawa warna (gugus kromofor) yang akan bereaksi dengan larutan pemasak pada digester sehingga menyebabkan warna pulp yang dihasilkan akan menjadi gelap. Banyaknya lignin juga berpengaruh pada komsumsi bahan kimia dalam pemasakan dan pemutihan (Solechudin dan Wibisono, 2002).
Gambar 1.4 Struktur Lignin I.3. Kegunaan Pulp
Kegunaan pulp secara umum adalah sebagai berikut :
Bahan baku kertas tulis
Bahan baku kertas cetak B
Bahan baku karton
Bahan baku karton gelombang
Bahan baku kertas high grade (Andre, 2010).
I-21
Bab I Pendahuluan
Pabrik Pulp dari Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) dengan Proses Acetocell
Program Studi D3 Teknik Kimia FTI ITS
I.4. Sifat Fisika dan Kimia